A New Treatment for Water near the Interface between Lipid Membrane and Silica in Dissipative Particle Dynamics Simulation

Abstract

散逸粒子動力学(DPD: Dissipative Particle Dynamics)法を用いたシミュレーションは生体膜などの幅広い分野で用いられている．従来，このようなDPD シミュレーションでは，バルクの水と界面付近の水を同じように扱う場合がほとんどであった．しかし，こうしたやり方では系の性質を必ずしも忠実に再現しているとはいえない．界面付近の水分子の性質とバルクの水分子の性質がかなり異なったものであるという実験的，あるいは理論的な研究がなされているからである．そこで，我々はこの問題を解決すべく，バルク水と界面水を区別して取り扱うアプローチを提案する．このアプローチを，脂質膜－シリカ－水の系のDPDシミュレーションに対して適用したところ，シリカに脂質膜が吸着する現象をうまくモデル化することができた．

Figures

Figure 1.

 POPC molecule (upper) and its DPD Model (lower).

Figure 2.

 DPD simulation without interface water (left) and DPD simulation with interface water (right)

The beads of hydrophobic particles of lipid membrane are yellow. The beads of hydrophilic particles of lipid membrane are blue. The beads of fixed silica particles are gray. The interface water is red. The beads of bulk water are transparent.

Table

Table 1. χ parameters between particles at 300 K (a) Silica − Bulk water's χ parameter without interface water (b) Silica − Bulk water's χ parameter with interface water

		POPC					Silica	Bulk water	Interface water
		B	C	D	E	F
POPC	A	−0.18	−0.24	1.39	4.75	4.76	1.37	12.09	12.09
	B		−0.62	0.71	5.46	5.81	2.20	12.66	12.66
	C			1.19	4.81	5.76	0.93	10.57	10.57
	D				1.99	−4.00	0.66	9.73	9.73
	E					2.55	−5.68	−6.64	−6.64
	F						2.11	6.00	6.00
Silica								−21.02 (a)10.00 (b)	−21.02
Bulk water									3.00

参考文献

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